Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage mit einer Vielzahl von parallel wirkenden, in einer Wand eines Feuerungsraumes angeordneten und über eine gemeinsame Windbox mit Verbrennungsluft versorgten Brennern, wobei dem einzelnen Brenner die Verbrennungsluft über einen oder mehrere den Brenner konzentrisch umgebende/n Ringspalt/e zugeführt wird.

In einer Kraftwerksfeuerungsanlage sind meist eine Vielzahl von Brennern parallel wirkend in einer Wand eines Feuerungsraumes angeordnet und werden über eine gemeinsame Windbox mit Verbrennungsluft versorgt. Bevorzugt wird die Verbren- nungsluft dem einzelnen Brenner über einen oder mehrere den Brenner konzentrisch umgebende/n Ringspalt/e zugeführt. Dabei umfasst die Zuführung der Verbrennungsluft zum Ringspalt Mittel, um die durch den Ringspalt und nachfolgend in den Feuerungsraum einströmende Verbrennungsluftmenge zu beeinflussen. Des Weiteren sind in dem oder den Ringspalt/en gegebenenfalls in ihrer Stellung veränderbare Luftleiteinrichtungen, beispielsweise Leitschaufeln, angeordnet, um die Verbrennungsluft spiralförmig als Drallströmung um eine sich vor dem Brenner ausbildende Flamme kreisend in den Feuerungsraum einzuleiten, wobei die Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes durch eine Veränderung der Stellung der Leitschaufeln veränderbar sein kann. Im Falle der Anordnung mehrerer konzentrischer Ringspalte können sowohl die Mittel zur Beeinflussung der durch den Ringspalt und nachfolgend in den Feuerungsraum einströmenden Verbrennungsluftmenge als auch die Luftleiteinrichtungen, beispielsweise Leitschaufeln, in jedem Ringspalt anders ausgebildet und separat steuerbar sein. Durch die Anordnung mehrerer konzentrischer Ringspalte um einen Brenner kann die Verbrennungsluft für die Haupt- und die Nachverbrennung getrennt, d.h. in unterschiedliche Verbrennungszonen der Flamme in Strömungsrichtung und Verbrennungsluftmenge unterschiedlich, in den Feuerungsraum vor einem einzelnen Brenner eingeleitet werden. Die Leitschaufeln zur Erzeugung einer Drallströmung des Verbrennungsluftstromes und die Mittel zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge können als Stellglieder in eine Steuerein- richtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses eingebunden sein, so dass der Verbrennungsprozess für jeden einzelnen Brenner einer Kraftwerksfeuerungsanlage getrennt gesteuert werden kann. Für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage ist es erforderlich, jedem einzelnen Brenner eine für eine optimale Verbrennung der dem Brenner zugeführten Brennstoffmenge adäquate Verbrennungsluftmenge für die Haupt- und die Nachverbrennung zuzuführen, also das Brennstoff-Luft-Verhältnis bei der Verbrennung zu steuern, was bedeutet, dass bei einer bekannten dem Brenner zugeführten Brennstoff- menge die durch jeden den Brenner umgebenden Ringspalt strömende Verbrennungsluftmenge bestimmt und ggf. nachfolgend verändert werden muss.

Zur Beeinflussung der einem Brenner oder einer Gruppe von Brennern zugeführten Verbrennungsluftmenge ist es bekannt, in der Windbox Luftleitbleche zur Beeinflus- sung des Verbrennungsluftstromes innerhalb der Windbox anzuordnen, um so die Aufteilung der der Windbox insgesamt zugeführten Verbrennungsluftmenge auf einzelne Brenner oder Gruppen von Brennern zu beeinflussen. Die der Windbox insgesamt zugeführte Verbrennungsluftmenge kann vergleichsweise einfach bestimmt werden. Diese Lösung ermöglicht jedoch keine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage.

Für eine Bestimmung der einem Brenner zugeführten Verbrennungsluftmenge ist es bekannt, die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes zu messen und über die geometrischen Abmessungen der Querschnittsfläche des die Verbrennungsluft führenden Kanales die Verbrennungsluftmenge zu errechnen. Zur Messung der Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes sind aus dem Stand der Technik in den Verbrennungsluftstrom einbringbare Staudrucksonden, auch Pitotrohr oder Prandtlsches Staurohr genannt, bekannt. Derartige Staudrucksonden sind jedoch nicht für eine Messung der Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes im Ring- spalt von Verbrennungsluftzuführungen zu einem Brenner in einer Kraftwerksfeuerungsanlage anwendbar, weil die Strömung der Verbrennungsluft im Ringspalt hochgradig turbulent ist und ggf. einen Drall mit stark gekrümmten Strömungslinien ausweist, so dass mittels einer Staudrucksonde nur eine gerichtete Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes bestimmt werden kann, wenn der Verbrennungsluft - ström senkrecht auf die Sonde trifft. Bei turbulenter Strömung und nicht senkrechtem Auftreffen des Verbrennungsluftstromes auf die Staudrucksonde, insbesondere bei veränderlicher Richtung des Verbrennungsluftstromes, kann aus dem mittels der Staudrucksonde ermittelten Differenzdruck keine gerichtete Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes bestimmt werden. Eine Bestimmung der durch einen Ringspalt strömenden Verbrennungsluftmenge ist somit mittels im Ringspalt angeordneter Staudrucksonden nicht möglich. Hinzu kommt, dass die Verbrennungsluft in einer Kohlekraftwerksfeuerungsanlage in erheblichem Maße mit Aschepartikeln beladen ist, was zu einer schnellen Verschmutzung der Staudrucksonden führt. Die Lösung ist somit für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage nicht anwendbar.

Im Firmenprospekt Measuring individual burner airflow, Application Builletin ICA-06 der Firma Air Monitor Corporation, Santa Rosa, CA 95406 ist die Anordnung von Staudrucksonden in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes vor den die Verbrennungsluft zu einem Brenner leitenden Ringspalten in einer Windbox beschrieben. Staudrucksonden sind jedoch, wie beschrieben, infolge Verschmutzung erheblich störanfällig. Auch bei einer Anordnung in einer Windbox vor dem Ringspalt sind daher regelmäßige, aufwendige Wartungszyklen und ein regelmäßiges Spülen der Staudrucksonden mit gereinigter Frischluft für eine sichere Funktion notwendig. Die beschriebene Anordnung wird daher zumeist lediglich zum Einmes- sen der Brenneranordnung verwendet, ohne dass dabei ein realer Verbrennungspro- zess stattfindet. Für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage ist sie ebenfalls nicht anwendbar.

Aus der DE 20021 271 U1 ist eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung der einem oder einer Gruppe von Brennern einer Brenneranordnung mit gemeinsamer

Verbrennungsluftzuführung über eine Windbox zugeführten Verbrennungsluftmenge nach dem Kreuzkorrelationsmessverfahren bekannt, bei der innerhalb der Windbox, jeweils den Strömungsquerschnitt der Windbox durchspannend, Sensoranordnungen so angeordnet sind, dass der jeweils um die einem Brenner oder einer Gruppe von Brennern zugeführte Verbrennungsluftmenge reduzierte Verbrennungsluftstrom durch die Sensoranordnungen hindurchströmt. Dabei besteht eine Sensoranord- nung aus zwei in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes hintereinander, beabstandet zueinander und sich kreuzend angeordneten, den Querschnitt der Windbox durchspannenden einzelnen Sensorstäben oder Sensorstabgruppen. Aus den auf den Sensorstäben infolge elektrischer Influenz, die von an den Sensorstäben vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten, elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, generierten Signalen wird mittels Korrelationsverfahren die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes bestimmt. Anhand der Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes und der zugehörigen Geometrie der Windbox kann die jeweils durch die Windbox strömende Verbrennungsluftmenge errechnet werden. Die einem einzelnen Brenner zugeführte Menge an Verbrennungsluft kann mit dieser Einrichtung jedoch nur bei speziellen Anordnungen von Brennern in Verbindung mit einer speziell ausgebildeten Windbox bestimmt werden. Für die Praxis sind derartige Anordnungen von Brennern und Ausbildungen einer Windbox kaum von Bedeutung. Außerdem hat diese Lösung den Nachteil, dass die aufeinan- der Bezug nehmenden Messungen bedingt durch Fehlerfortpflanzung einen erheblichen Messfehler aufweisen können. Auch diese Lösung ist für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage nicht geeignet.

Aus der DE 102012 014260 A1 sind eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses bei der Verbrennung gemahlener Kohle in einer Kohlekraftwerksfeuerungsanlage bekannt, bei der die Verbrennungsluftmen- genmessung und die Tragluftmengenmessung nach der Korrelationsmethode durch Auswertung von elektrischen Signalen, die mittels im Luftstrom angeordneter Sensoren gewonnen werden, erfolgt. Dazu sind im luftführenden Kanal, in Strömungsrichtung der Luft hintereinander zwei Sensorstäbe angeordnet, in denen durch elektrische Induktion, die durch sich an den Sensorstäben vorbeibewegende, im Luftstrom geführte elektrisch geladene Teilchen bewirkt wird, elektrische Signale generiert werden, die einer Korrelationsmesseinrichtung zugeleitet werden. Mittels Korrelationsmessmethode wird die Zeit bestimmt, die die elektrisch geladenen Teilchen zur Überwindung des Abstandes zwischen den beiden Sensorstäben benötigen. Aus der Zeit und dem Abstand der Sensorstäbe wird die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstromes und anhand der Geometrie des luftführenden Kanales die Luftmenge errechnet. In Strömungsrichtung der Luft vor den Sensorstäben sind eine Elektrode und eine Gegenelektrode angeordnet, die mit einer Hochspannungsquelle mit einer Spannung zwischen 12 kV und 20 kV verbunden sind. Die mit der Hochspannungsquelle verbundene Elektrode ist derart im Luftstrom angeordnet, dass mindestens ein Teil des Luftstromes der Wirkung eines von der Elektrode zur Gegen- elektrode fließenden lonenstromes ausgesetzt ist und so elektrisch beeinflusst wird. Für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses jedes einzelnen in einer Kraftwerksfeuerungsanlage angeordneten Brenners sind die in der

DE 102012 014 260 A1 beschriebene Einrichtung und das beschriebene Verfahren nicht anwendbar.

Gängige Praxis ist es, den Verbrennungsprozess in einer Kraftwerksferungsanlage anhand statischer Kennlinien zu steuern, wobei nur die allen über eine Windbox mit Verbrennungsluft versorgten Brennern zugeführte Brennstoffmenge sowie die den Brennern über die Windbox zugeführte gesamte Verbrennungsluftmenge als Steuer- großen berücksichtigt werden. Eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses ist damit nicht möglich. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage, die eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses ermöglicht, d.h., die eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses jedes einzelnen in einer Kraftwerksfeuerungsanla- ge angeordneten Brenners ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeurungsanlage mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 8 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage mit mehreren in einer Wand eines Feuerungsraumes angeordneten Brennern, bei denen die Zuführung der Verbrennungsluft über einen oder mehrere den Brenner konzentrisch umgebende/n Ringspalt/e erfolgt und der Brenner Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den oder die Ringspalt/e in den Feuerungsraum strömenden Verbrennungslusftmenge aufweist umfasst, mindestens Mittel zur Erfassung der einem Brenner zugeführten Brennstoffmenge sowie Mittel zur Bestimmung der durch den oder die Ringspalt/e strömenden Verbrennungsluftmenge. Dabei ist die Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses derart ausgebildet, dass für jedes Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den oder die einen Brenner umgebende/n Ringspalt/e in den Feuerungsraum strömenden Verbrennungslusftmenge Stellsignale generiert werden, um so die durch jeden Ringspalt strömende Verbrennungsluftmenge zu beeinflussen. Ein Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt strömenden Verbrennungsluftmenge umfasst mindestens zwei, ein korrespondierendes Paar bildende, Sensorstäbe aus elektrisch leitfähigem Material, die im Ringspalt quer zur Längsachse des Ringspaltes oder in einem Winkel α zur Längsachse des Ringspaltes mit 30° < α < 90° und in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes hintereinander und parallel mit einem Abstand a beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die Anordnung der korrespondierenden Sensorstäbe so erfolgt, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab des korrespondierendes Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab des korrespondierenden Paares

vorbeiströmt. Dabei sind die Sensorstäbe in Längsrichtung entsprechend der Krümmung des Ringspaltes gekrümmt und gegenüber den den Ringspalt ausbildenden Wandungen elektrisch isoliert angeordnet. Sie sind also derart im Ringspalt angeordnet, dass ihre Längsrichtung nahezu quer oder in einem Winkel zwischen 30° und 90 ° zur Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes liegt, wobei sie bevorzugt mit einem zu den beiden den Ringspalt ausbildenden Wandungen über die Länge I der Sensorstäbe gleichmäßigen Abstand im Ringspalt angeordnet sind. Die Sensorstäbe weisen eine Länge I von I > 20 mm, bevorzugt I > 200 mm, auf. Ein Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt strömenden Verbrennungsluftmenge umfasst außerdem eine Korrelationsmesseinrichtung, mit der die Sensorstäbe elektrisch verbunden sind, wobei mittels der Korrelationsmesseinrichtung durch Auswertung der durch elektrische Influenz auf den Sensorstäben, die von an den Sensorstäben vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, erzeugten elektrischen Signale die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes quer zur Längsrichtung der Sensorstäbe bestimmt wird. Dabei wird für den Fall, dass die Sensorstäbe nicht quer zur

Längsachse des Ringspaltes angeordnet sind, eine Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ring- spaltes errechnet und ausgehend von der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ringspaltes und anhand der geometrischen Abmessungen der Querschnittsfläche des Ringspaltes die durch den Ringspalt strömende Verbrennungsluftmenge ermittelt. Umgeben einen Brenner mehrere Ringspalte, sind, wie vorstehend beschrieben, in jedem Ringspalt Sensorstäbe angeordnet und elektrisch mit einer Korrelationsmesseinrichtung verbunden, so dass die durch jeden einen Brenner umgebenden Ringspalt strömende Verbrennungslusftmenge ermittelt werden kann. Somit ist für jeden in der Wand eines Feuerungsraumes einer Kraftwerksfeuerungsanlage ageordneten Brenner eine optimale Steuerung des Verbrennungsprozesses möglich, indem zu der dem Brenner zugeführten Brennstoffmenge eine für eine optimale Verbrennung adäquate Verbrennungsluftmenge zugeführt wird, indem die durch den oder die den Brenner umgebende/n Ringspalt/e strömende Verbrennungsluftmenge ermittelt und entsprechend der für die Verbrennung adäquaten Verbrennungsluftmenge mittels der Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den oder die Ringspalt/e in den Feuerungsraum strömenden Verbrennungsluftmenge beeinflusst wird .

Unter der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ringspaltes wird diejenige Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes verstanden, mit der sich der Verbrennungsluftstrom in Richtung der Längsachse des Ringspaltes bewegt, die also die maßgebliche Geschwindigkeit für den Transport einer bestimmten Verbrennungsluftmenge in einer bestimmten Zeiteinheit durch den Ringspalt ist. Auf Grund der hochgradigen Turbulenz der Strömung des Verbrennungsluftstromes im Ring- spalt, der in einer Kraftwerksfeuerungsanlage eine Breite zwischen 20 mm und 200 mm und einen Umfang zwischen 100 cm und 1500 cm besitzt, sowie ggf.

erzeugter Drallströmungen des Verbrennungsluftstromes im Ringspalt treten in Richtung und Betrag unterschiedlichste Komponenten der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes im Ringspalt auf. Für die Bestimmung der einem Brenner zugeführten Verbrennungsluftmenge sind diese vorgenannten unterschiedlichsten Komponenten der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes nicht relevant. Hierfür maßgebend ist lediglich die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ring- spaltes, also wie beschrieben, jene Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes, mit der die Verbrennungsluft in Längsrichtung durch den Ringspalt transportiert wird.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass auf den, wie vorstehend beschrieben, in einem Ringspalt angeordneten, ein korrespondierendes Paar bildenden, Sensorstäben durch Influenz, die von an den Sensorstäben vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, elektrische Signale generiert werden, die mittels Korrelationsmesseinrichtung auswertbar sind, und zwar derart, dass ein Zeitversatz der korrelierenden elektrischen Signale ermittelt wird, der dividiert durch den Abstand a der korrespondierenden Sensorstäbe ein Maß für die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes im Ringspalt quer zur Längsrichtung der Sensorstäbe ist. Dies ist deshalb überraschend, weil bei realen Messanordnungen der Abstand a der korrespondierenden Sensorstäbe 2 - 5 mal größer als die Breite des Ringspaltes ist und weil sich die elektrisch geladenen Partikel zwar insgesamt in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes bewegen, diese Bewegung aufgrund der hochgradigen Turbulenz des Verbrennungsuftstromes aber überlagert ist von einer überwiegend in Betrag und Richtung chaotischen Bewegung der elektrisch geladenen Partikel, wobei häufige Kollisionen mit den auf Massepotenzial liegenden Wandungen des Ringspaltes auftreten, was eine elektrische Entladung dieser Partikel zur Folge hat.

Im Falle der Anordnung einer Luftleiteinrichtung zur Erzeugung einer Drallströmung des Verbrennungsluftstromes ist es vorteilhaft, die korrespondierenden Sensorstäbe in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes nach der Luftleiteinrichtung im Ringspalt anzuordnen.

Es ist im Falle der Anordnung einer Luftleiteinrichtung zur Erzeugung einer Drallströmung des Verbrennungsluftstromes weiterhin vorteilhaft, die ein korrespondierendes Paar bildenden Sensorstäbe parallel zueinander verschoben anzuordnen, und zwar derart, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab des korrespondierendes Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab des korrespondierenden Paares vorbeiströmt. Dabei sollten die Sensorstäbe so ausreichend lang bemessen sein, d.h. ca. 1/4 des inneren Umfan- ges des Rinspaltes überstreichen, dass auch bei einer Veränderung des Drehwinkels der Drallströmung des Verbrennungsluftstromes die Bedingung erfüllt ist, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab des korrespondierendes Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab des korrespondierenden Paares vorbeiströmt.

Bevorzugt sind die Sonsorstäbe als Rundstab mit einem Durchmesser D mit

1 mm < D < 20 mm oder als Vierkantstab mit einer Kantenlänge e in Richtung der Breite b des Ringspaltes mit 1 mm < e < 20 mm ausgebildet. Dabei wird von in der Praxis realen Bedingungen ausgegangen, d.h. von einer Breite b des Ringspaltes zur Zuführung der Verbrennungsluft zu einem Brenner in einer Kraftwerksfeuerungsanlage zwischen 20 mm < b < 200 mm und einem Umfang des Ringspaltes zwischen 100 cm < Umfang des Ringspaltes < 1500 cm. Die Sensorstäbe müssen dabei einerseits so stabil ausgebildet sein, dass sie im Verbrennungsluftstrom nicht schwingen, sie dürfen andererseits aber auch nicht so groß bemessen sein, dass sie den effektiven Querschnitt des Ringspaltes für den Durchtritt des Verbrennungsluftstromes übermäßig schmälern.

Es kann vorteilhaft sein, einen oder mehrere Sensorstäbe in Längsrichtung des Sensorstabes elektrisch und ggf. auch mechanisch segmentiert auszubilden, wobei die einen Sensorstab bildenden Segmente in Längsrichtung der Segmente fluchtend zueinander angeordnet sind. Die Segmente eines Sensorstabes können elek- trisch in Reihe geschaltet und der elektrisch segmentierte Sensorstab quasi als elektrische Einheit mit einem Eingang der Korrelationsmesseinrichtung verbunden sein. Es kann aber auch jedes Segment eines elektrisch segmentierten Sensorstabes elektrisch mit einem separaten Eingang der Korrelationsmesseinrichtung verbunden sein.

Bei einer weiteren Ausbildung können die Sensorstäbe als auf eine der beiden den Ringspalt ausbildenden Wandungen elektrisch isoliert gegenüber der Wandung aufgeklebte Folienstreifen aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet sein. Bei einer anderen bevorzugten Ausbildung der Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt strömenden Verbrennungsluftmenge sind im Ringspalt zwei Paar korrespondierender Sensorstäbe angeordnet und jeweils mit einer Korrelationsmesseinrichtung elektrisch verbunden, wobei die beiden Paare korrespondierender Sensorstäbe in Längsrichtung in einem unterschiedlichen Winkel α zur Längsachse des Ringspaltes angeordnet sind. Bevorzugt ist dabei ein Paar korrespondierender Sensorstäbe quer, d.h. in einem Winkel a _x = 90° zur Längsachse des Ringspaltes, angeordnet und das zweite Paar korrespondierender Sensorstäbe in einem Winkel von a ₂ - 45° zur Längsachse des Ringspaltes, jedoch unter der Bedingung, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab eines korrespondierendes Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab des korrespondierenden Paares vorbeiströmt. Dabei wird durch Auswertung der Signale, die mit dem ersten, d.h. in einem Winkel _λ = 90° zur Längsachse des Ringspaltes, angeordneten Sensorpaar generiert werden, die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ringspaltes bestimmt, während mit dem zweiten, d.h. in einem Winkel a ₂ = 45° zur Längsachse des Ringspaltes, angeordneten Sensorpaar eine Geschwindigkeitskomponente der in einem Winkel a ₂ = 45° zur Längsachse des Ringspaltes strömenden Komponente des Verbrennungsuftstromes bestimmt wird. Aus beiden Geschwindigkeiten kann mittels Triangulation der Drallwinkel γ eines eine Drallströmung aufweisenden Verbrennungsluftstromes errechnet werden, wenn der Drallwinkel γ die Bedingung (90° - a _l ) > > (90° - a ₂ ) erfüllt. Dabei sind die Winkel a _x = 90° des einen Paares korrespondierender Sensorstäbe und ₂ = 45° des zweiten Paares korrespondie- render Sensorstäbe nur beispielhaft bevorzugt benannt. Es sind selbstverständlich auch andere Winkel und a ₂ der Längsrichtungen der Paare korrespondierender Sensorstäbe möglich, wenn dies zur Erfüllung der Bedingung (90° - ) > γ > (90° - erforderlich ist. Für den Fall, dass im Ringspalt in ihrer Stellung veränderbare Luftleitschaufeln angeordnet sind, kann so der Drallwinkel bestimmt und über die Stel- lung der Luftleitschaufeln gezielt beeinflusst werden, wodurch der Verbrennungspro- zess zusätzlich beeinflusst, d.h. gesteuert werden kann.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes direkt und unmittelbar in dem/n einen Brenner in einer Kraftwerksfeuerungsanlage umgebende/n Ringspalt/e bestimmt wird und somit direkt und unmittelbar die einem Brenner in einer Kraftwerksfeuerungsanlage zugeführte Verbrennungsluftmenge bestimmt werden kann. Über die Beeinflussung des Verbrennungsluftstromes, d.h. der Menge an Verbrennungsluft, die durch den Ringspalt strömt, wird derVerbrennungsprozess in einer Kraftwerksfeuerungsanlage nach vorgewählten Kriterien optimal gesteuert.

Selbstverständlich ist es auch möglich auf diese Weise eine Regelung des Verben- nungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage zu realisieren.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 : einen Teilschnitt eines Ringspaltes um einen Brenner mit einem korres- pondierenden Paar im Ringspalt angeordneter Sensorstäbe, in

Fig. 2a: einen Längsschnitt durch einen Brenner mit umgebendem Ringspalt und einem im Ringspalt angeordneten korrespondierenden Paar

Sensorstäben, in

Fig. 2b und c: zwei Querschnitte durch einen Brenner mit umgebendem Ringspalt jeweils in der Ebene der angeordneten Sensorstäbe, in

Fig. 3: einen Teilschnitt eines Ringspaltes um einen Brenner mit einem korrespondierenden Paar im Ringspalt in einem Winkel = 45° zur

Längsachse des Rinspaltes angeordneten Sensorstäben, in

Fig. 4a: einen Teilschnitt eines Ringspaltes um einen Brenner mit zwei korres- pondierenden Paaren im Ringspalt angeordneter Sensorstäbe, wobei die Paare koorespondierender Sensorstäbe jeweils in einem anderen Winkel α zur Längsachse des Rinspaltes angeordnet sind und in

Fig. 4b: eine Abwicklung des Ringspaltes mit den auf der äußeren Wandung des Brenners angeordneten korrespondierenden Sensorstäben.

Fig. 1 zeigt Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt 3 strömenden Verbren- nungsluftmenge mit einem Brenner 1 , der koaxial von einer Rohrleitung 2 umgeben ist, derart, dass zwischen der äußeren Wandung des Brenners 1 und der

Rohrleitung 2 ein Ringspalt 3 ausgebildet ist. Der Brenner 1 , die Rohrleitung 2 und der Ringspalt 3 besitzen eine gemeinsame koaxiale Längsachse 4. Im Ringspalt 3 wird Verbrennungsluft geführt. Die Rohrleitung 2 weist eine Einziehung 5 mit einer Verringerung der Ringspaltbreite b zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes auf. Im Bereich der Einziehung 5 sind im Ringspalt 3 Leitschaufeln 6 angeordnet, die eine Drallströmung des Verbrennungsluftstromes in dem sich nach der Einziehung in Richtung der koaxialen Längsachse 4 anschließenden Ringspaltabschnitt 3.1 bewirken. Dieser Ringspaltabschnitt 3.1 besitzt eine gleichbleibende Ringspaltbreite b. Die Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes veranschaulicht ein Pfeil 7. Die Drehrichtung der Drallströmung ist durch einen Pfeil 8 veranschaulicht. Die für die Bestimmung der dem Brenner 1 zugeführten Verbrennungsluftmenge maßgebende Komponente des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 ist die parallel zur koaxialen Längsachse 4 bzw.

orthogonal zur Querschnittsfläche des Ringspaltabschnittes 3.1 gerichtete Kompo- nente des Verbrennungsluftstromes. Sie ist in Fig . 1 durch Pfeil 9 veranschaulicht. Innerhalb des Ringspaltabschnittes 3.1 sind zwei Sensorstäbe 10 und 1 1 angeord ^¬ net. Die Sensorstäbe 10 und 1 1 sind elektrisch isoliert jeweils mittels zweier Stützböcke 12 auf der äußeren Wandung des Brenners 1 montiert. Die

Sensorstäbe 10 und 1 1 sind quer zur Längsachse 4 angeordnet und in ihrer Längs- richtung der Krümmung des Ringspaltabschnittes 3.1 derart angespasst, dass sie zu den beiden den Ringspaltabschnitt 3.1 begrenzenden Wandungen, d.h. der äußeren Wandung des Brenners 1 und der Innenseite der Rohrleitung 2, über ihre Länge jeweils einen gleichen Abstand c bzw. d besitzen. Dabei ist der Abstand c der Abstand zwischen der äußeren Wandung des Brenners 1 und den Sensorstäben 10 und 1 1 und der Abstand d der Abstand zwischen der inneren Wandung der Rohrleitung 2 und den Sensorstäben 10 und 1 1 . Die beiden Sensorstäbe 10 und 1 1 sind zu den den Ringspaltabschnitt 3.1 begrenzenden Wandungen gleich beabstandet. Sie sind weiterhin so angeordnet, dass sie zueinander parallel mit dem Abstand a liegen, dabei aber radial gegeneinander verdreht sind, und zwar derart, dass der in Strö- mungsrichtung 7 des Verbrennungsluftstromes zweite Sensorstab 1 1 in Drehrichtung 8 der Drallströmung des Verbrennungsluftstromes gegenüber dem in Strömungsrichtung 7 des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab 10 parallel verschoben angeordnet ist. Die Fig. 2a bis 2c veranschaulichen die vorbeschriebene Anordnung der Sensorstäbe 10 und 1 1 im Ringspaltabschnitt 3.1 . Die Sensorstä- be 10 und 1 1 sind elektrisch mit einer Korrelationsmesseinrichtung 13 verbunden. Durch elektrische Influenz, die von an den Sensorstäben 10 und 1 1 vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, werden auf den Sensorstäben 10 und 1 1 elektrische Signale generiert, die mittels der Korrelationsmesseinrichtung 13 auswertet werden, und zwar derart, dass ein Zeitversatz der korrelierenden elektrischen Signale ermittelt wird, der dividiert durch den Abstand a der Sensorstäbe 10 und 1 1 ein Maß für die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 quer zur Längsrichtung der Sensorstäbe 10 und 1 1 bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Sensorstäbe 10 und 1 1 , also in Richtung der

Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 , ist. Ausgehend von der so bestimmten Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 wird mit der Querschnittsfläche des Ringspaltabschnittes 3.1 die dem Brenner 1 zugeführte Verbrennungs- luftmenge bestimmt. Gleichzeitig wird mit nicht dargestellten Mitteln zur Erfassung der einem Brenner 1 zugeführten Brennstoffmenge die dem Brenner 1 zugeführte Brennstoffmenge erfasst und über die Veränderung der Verbrennungsluftmenge der Verbennungsprozess gesteuert.

Bei den in Fig. 3 gezeigten Mitteln zur Bestimmung der durch einen Ringspalt 3 strömenden Verbrennungsluftmenge sind die korrespondierenden Sensorstäbe 10 und 1 1 in einem Winkel von α = 45° zur Längsachse 4 des Ringspaltes angeordnet. Alle übrigen Merkmale des Ringspaltes 3 und der Anordnung der

Sensorstäbe 10 und 1 1 im Ringspaltabschnitt 3.1 entsprechen denen der in Fig. 1 gezeigten Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt 3 strömenden Verbrennungsluftmenge. Mit den in Fig. 3 dargestellten Mitteln zur Bestimmung der durch einen Ringspalt 3 strömenden Verbrennungsluftmenge wird, wie zu den Fig. 1 und 2 beschrieben, mittels der Korrelationsmesseinrichtung 13 eine im Winkel von α = 45° zur Längsachse 4 gerichtete Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 bestimmt. Die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 in Richtung der Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 wird durch Multiplikation der mit der Korrelationsmesseinrichtung 13 bestimmten Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v mit sin a, also sin 45°, berechnet. Mit der so berechneten Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 in Richtung der Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 wird dann mit der Querschnittsfläche des Ringspaltabschnittes 3.1 die dem Brenner 1 zugeführte Verbrennungsluftmenge bestimmt.

Fig. 4a zeigt eine Anordnung mit zwei Paaren korrespondierender Sensorstäbe 10.1 und 1 1 .1 sowie 10.2 und 1 1 .2. Die korrespondierenden Sensorstäbe 10.1 und 1 1 .1 sind in ihrer Längsrichtung in einem Winkel a-, = 45° zur Längsachse 4 und die korrespondierenden Sensorstäbe 0.2 und 1 1 .2 in ihrer Längsrichtung in einem Winkel a ₂ = 90° zur Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 auf der äußeren Wandung des Brenners 1 angeordnet. Die beiden Paare korrespondierender Sensorstäbe 10.1 und 1 1 .1 sowie 10.2 und 1 1 .2. sind elektrisch jeweils mit einer Korrelationsmesseinrichtung 13.1 bzw. 13.2 verbunden. Fig. 4b zeigt eine Abwicklung dieses Abschnittes des Ringspaltes 3.1 mit den auf der äußeren Wandung des Brenners 1 angeordneten zwei Paaren korrespondierender Sensorstäbe 10.1 und 1 1 .1 sowie 10.2 und 1 1 .2. Neben der Bestimmung der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 und dann folgend der Berechnung der dem Bren- ner zugeführten Verbrennungsluftmenge kann mit dieser Anordnung der

Drallwinkel γ eines eine Drallströmung aufweisenden Verbrennungsluftstromes ermittelt werden, wenn der Drallwinkel γ die Bedingung (90° - α _χ ) > γ > (90° - α ₂ ) erfüllt. Dazu werden durch Auswertung der an den Sensorstäben 10.1 und 1 1 .1 generierten elektrischen Signale mittels der Korrelationsmesseinrichtung 13.1 die Komponente v-, der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes und durch Auswertung der an den Sensorstäbe 10.2 und 1 .2 generierten elektrischen Signale mittels der Korrelationsmesseinrichtung 13.2 die Komponente v ₂ der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes bestimmt.

Anhand von Fig. 4b wird nachfolgend beispielhaft die Ermittlung des Drallwinkels γ eines eine Drallströmung aufweisenden Verbrennungsluftstromes beschrieben. Der zwischen der Strömungsgeschwindigkeit v und der Komponente v- _! der Strömungsgeschwindigkeit v eingeschlossene Winkel ß ergibt sich nach der Beziehung ß = 90° - α-ι - γ bzw. mit a-, = 45° ergibt sich ß = 45° - γ. Der zwischen der Strö- mungsgeschwindigkeit v und der Komponente v ₂ der Strömungsgeschwindigkeit v eingeschlossene Winkel ergibt sich nach der Beziehung 90° - α ₂ + γ bzw. mit a ₂ = 90° ergibt sich, dass der zwischen der Strömungsgeschwindigkeit v und der Komponente v ₂ der Strömungsgeschwindigkeit v eingeschlossene Winkel gleich dem Drallwinkel γ ist. Die mit den korrespondierenden Sensorstäben 10.1 und 1 .1 und der Korrelationsmesseinrichtung 13.1 bestimmte Komponente v-, der

Strömumgsgeschwindigkeit v wird durch die Gleichung

V-, = cos (45° - γ) · v oder v-, = (cos 45° · cos γ + sin 45° · sin γ) · v (1 )

beschrieben. Die mit den korrespondierenden Sensorstäben 10.2 und 1 1 .2 und der Korrelationsmesseinrichtung 13.2 bestimmte Komponente v ₂ der Strömumgsge- schwindigkeit v wird durch die Gleichung

v ₂ = cos γ · v oder cos γ = v ₂ / v (2)

beschrieben. Durch Einsetzen von Gleichung (2) in Gleichung (1) erhält man v-, = (cos 45° + sin 45° · sin γ / cos γ) · v ₂ , (3)

durch Umformung von Gleichung (3) erhält man

v- _| /v ₂ = cos 45° + sin 45° » tan Y bzw. tan Y = (v ₁ / v ₂ - cos 45°) / sin 45°.

Der Drallwinkel kann somit aus den beiden bestimmten Komponenten v-, und v ₂ der Strömumgsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes nach der Gleichung γ = arctan ((v-, / v ₂ - cos 45°) / sin 45°)

errechnet werden. Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 - Brenner

2 - Rohrleitung

3 - Ringspalt

3.1 - Ringspalt, Ringspaltabschnitt

4 - Längsachse

5 - Einziehung

6 - Leitschaufeln

7 - Pfeil, Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes

8 - Pfeil, Drehrichtung der Drallströmung

9 - Pfeil, Komponente des Verbrennungsluftstromes parallel zur

Längsachse 4

10 - Sensorstab

10.1 - Sensorstab

10.2 - Sensorstab

1 1 - Sensorstab

1 1 .1 - Sensorstab

1 1 .2 - Sensorstab

12 - Stützbock

13 - Korrelationsmesseinrichtung

13.1 - Korrelationsmesseinrichtung

13.2 - Korrelationsmesseinrichtung